动床沙粒阻力与底沙输移

本文在输沙实验的基础上,从研究水流结构着手,分析了水流和泥沙之间的相互作用关系,讨论了动床沙粒阻力和底沙输移规律.结果表明,动床沙粒阻力与输沙有关.本文还导得动平床情况下的流速分布公式、阻力公式和输沙率公式,使动床的水流运动和输沙过程得以联解.通过295组水槽实测资料详尽的验证,证明本文结果与实测资料是一致的.     

考虑悬移质效应的桥墩动床冲刷精细化分析方法

基于欧拉流固两相流理论并考虑悬移质效应进行桥墩动床冲刷精细化分析.针对动床冲刷与清水冲刷的主要区别,采用不平衡输沙法建立床面变形方程,考虑悬移质与推移质质量交换从而间接影响床面变形.通过对计算流体力学(CFD)软件ANSYS Fluent二次开发,利用床底切应力以及底面网格泥沙浓度分别计算推移质输沙率以及悬移质与推移质的交换通量,由此得到床底网格瞬时变化值,从而实现边界网格的动态更新,以此进行桥墩周围河床动床冲刷过程的动态模拟.通过将数值计算结果与经典理论分析及部分试验结果进行对比,在悬移质分布、局部冲刷深度以及冲刷坑形态等方面充分验证所提出动床冲刷计算方法的合理性与准确性.最后通过参数分析证明了悬移质浓度会明显影响动床冲刷的深度与形态,得出了选择动床冲刷模型并采用流固两相流进行桥墩冲刷精细化分析具有显著必要性的结论.     

黄东海平原海岸潮汐河口地貌剖析

对比分析了灌河、射阳河、长江和钱塘江河口的地貌差异，指出长江为喇叭状三角洲，钱塘江为强潮河口湾，灌河与射阳河属于过渡型河口，并通过对影响河口地貌发育的背景因素的比较，指出径流和潮流的强弱对比、陆域和外海的泥沙量以及河口的边界条件是形成这些地貌差异的主要原因．     

河口半潮平均含沙量的确定

根据泥沙运动理论和水流能量平衡理论，针对水流对泥沙的不同作用方式，推导得到计算河口半潮平均含沙量的表达式，并在长江口进行了初步研究.研究表明，河口半潮平均悬移质含沙量由水流输送的悬移质和从床沙中上浮的悬移质组成，同时还应考虑河口其他动力因素(如风、波浪等)的作用.含沙量的定量表达为进一步确定河口半潮平均的挟沙能力确立了基础.     

河口半潮平均含沙量的确定

根据泥沙运动理论和水流能量平衡理论，针对水流对泥沙的不同作用方式，推导得到计算河口半潮平均含沙量的表达式，并在长江口进行了初步研究.研究表明，河口半潮平均悬移质含沙量由水流输送的悬移质和从床沙中上浮的悬移质组成，同时还应考虑河口其他动力因素(如风、波浪等)的作用.含沙量的定量表达为进一步确定河口半潮平均的挟沙能力确立了基础.     

含沙溃堤洪水数值模拟分析

为了研究复杂地形下含沙溃堤洪水的泥沙输移和床面冲淤,分析泥沙冲淤对溃堤出流的影响,评估水沙共同作用下的洪水风险,建立了非结构化三角网格的二维水沙数学模型.单元界面的水动力通量采用基于近似黎曼解的Roe格式计算,泥沙通量采用TVD-MUSCL格式求解.用小尺度的水槽动床试验数据对数值模型进行验证.将模型应用于黄河宁蒙段河道洪泛区某溃口含沙溃堤洪水的数值模拟.模拟结果表明,溃口冲刷坑外围易形成环形泥沙淤积体,同时洪泛区出现明显泥沙淤积.因此,含沙溃堤洪水带来的泥沙淤积问题不容忽视.通过比较清水定床、清水动床、含沙定床和含沙动床4种数值模型的计算结果,发现床面冲淤变化对溃堤洪水进洪流量有明显影响.     

基于GOCI数据的杭州湾跨海大桥两侧水域悬浮泥沙浓度空间分异规律研究

静止轨道卫星数据具有时间分辨率高的特点,对高动态的河口水质环境监测具有极大的科学价值.本研究使用GOCI数据,杭州湾水域样点实测数据,建立基于GOCI数据的反演悬浮泥沙浓度的经验模型,并对2013年8月9日杭州湾跨海大桥两侧水域进行了悬浮泥沙浓度反演.通过对杭州湾跨海大桥两侧钱塘江上下游悬浮泥沙浓度进行差异性对比研究,结果表明,杭州湾大桥两侧悬浮泥沙浓度呈现一定的梯度特征,表现为大桥上游浓度高,下游浓度相对较低.不同时间段研究区悬浮泥沙浓度为南北两侧变化不同,跨海大桥上游一侧悬浮泥沙浓度变化强度明显高于下游.     

潮滩减少对杭州湾悬沙特征的影响

1974至2020年间,杭州湾沿岸潮滩累计减少面积将达1 290 km2,占杭州湾水域面积的25.8%.基于FVCOM水动力数值模型,耦合水沙密度,引入悬浮泥沙对底边界层的影响,并考虑细颗粒泥沙絮凝过程,建立河口三维细颗粒泥沙数值模型,提高了高悬沙浓度河口悬沙数值模拟的准确性.实测及卫星反演数据验证结果显示,该模型能较好地模拟杭州湾水沙运动.基于所建模型,采用不同时期的杭州湾潮滩数据,研究潮滩面积减小对悬沙浓度、悬沙通量及冲淤分布的影响机理.结果显示:潮滩减少过程中湾内流速及底床切应力发生变化,进而影响湾内悬沙浓度.杭州湾潮滩减少导致乍浦以西水域流速降低,月均悬沙浓度最大减幅高达30%.乍浦以东水域流速增大,月均悬沙浓度升高约15%.潮滩减少主要通过影响潮泵效应,进而改变湾内悬沙输运特征,平流输沙项在潮滩减少过程中对杭州湾悬沙特征的影响较小.1974至2003年间,杭州湾潮滩面积减少约787 km2,澉浦断面潮泵效应增强,陆向悬沙净通量增大,金山、芦潮港断面陆向悬沙净通量减小,杭州湾淤积量减少.2003至2020年间潮滩面积减少约503 km2,金山、芦潮港断面潮泵效应增强,陆向悬沙净通量增加,而澉浦断面由于潮泵效应减弱导致悬沙净通量减小.杭州湾内湾淤积量不断增大,外湾冲刷量逐渐增大.研究结果可为河口海岸规划和环境管理提供科学依据.     

南新北秀 东动西静 钱塘江文化与大都市杭州

一、杭州城市的起源与形成和钱塘江文化息息相关 城市的起源与形成深受地域环境的影响,城市文化的起源与形成也是与城市地域环境文化的背景息息相关。杭州起源的最早可以追溯到钱塘江河口海湾与天目山余脉东南山麓的连接地带,后沿滩岸向东南迁移至灵隐山下的天竺谷地,成为钱塘县最初的县治所在地。 随着钱塘江泥沙和海潮泥沙上涌,不断向东堆积,在湾口形成“岛湖”和湖东今日杭州市区的平陆。平陆东南钱塘江北岸的柳浦与对岸西兴成为钱塘江下游联系南北的渡口要地。柳浦向西至凤凰山麓一带进一步     

刚性沉水植物影响下波浪传播及泥沙悬浮数值模拟

由于植物引起的紊动作用,含刚性植物床面中悬浮泥沙浓度与无植物裸床相比显著增加,而通过平均流速计算底床切应力的传统泥沙模型无法模拟出该现象。因此,在含植物水流水沙运动物理模型试验的基础上,构建了基于Flow–3D的含刚性沉水植物条件下波浪传播的三维数学模型,模拟了植物影响下波浪动力特征和泥沙悬浮过程,同时从紊动能角度修正希尔兹数,对泥沙模块进行了改进。与实测数据相比,该模型可较精确地模拟出植物引起的整体水流流速减小和局部冠层顶部处的流速增大、水体紊动增强以及紊动能在波周期内出现两个峰值的现象。与原始泥沙模块相比,改进的模型考虑了植物尾流紊动对泥沙运动的影响,可提高含植物床面泥沙悬浮模拟的精度。     

动床沙粒输移理论及其应用

针对动床沙粒流动的特点,从研究水流结构入手,把流动分为主流层和底沙推移层,分析了水流和泥沙之间的相互作用关系,讨论了动床沙粒阻力和底沙输移规律,同时利用雷诺方程推导出主流层、底沙推移层的运动方程和底沙推移层厚度的计算公式,并将其应用于污水泵站前池设置压水板防止泥沙淤积的理论分析．     

浙北引水对钱塘江河口段主要水环境的影响分析

基于实测资料相关分析以及一维咸水入侵模型,分析了浙北引水对钱塘江河口段江道淤积和咸水入侵的影响.结果表明,浙北引水将减少进入河口的径流量,造成钱塘江河口淤积的增加和盐水上溯距离加长,且对不同位置取水口的取水条件有着不同程度的影响.     

锚链动态效应对海上浮式风力机整体系统动响应的影响

建立了海上浮式风力机包括弹性叶片、塔架以及SPAR浮体和悬链线式系泊线的整体系统动力模型,并基于改进的三维动态悬链线理论和有限元进行了5MW大型风力机的动响应数值模拟和分析;与以往的准静态方法和简化模型不同,本文考虑了系泊系统的动态特性(例如惯性力和阻尼力)、以及大尺寸柔性部件叶片、塔架等的弹性动力,分析了在波浪载荷下的风力机系统动响应.给出了悬链线式系泊线上的惯性载荷与黏性水动阻力等动态效应对系泊张力及其运动特性的影响,通过与仅考虑静态回复力的准静态法结果对比,分析了系泊系统动态特性对风力机结构响应的影响.我们的数值结果表明:考虑系泊线的动态特性,其动张力会明显增大,系泊线松弛-张紧的冲击张力幅值差可达到准静态值的10倍以上.当波浪频率远高于系统频率时,系泊系统的动态效应会加速结构瞬态项的衰减,而波浪频率与系统频率接近时,系泊系统的动态特性能明显降低浮体的响应位移,幅值降低约20%.     

悬移相似条件对河床变形相似的影响研究

通过渭河咸阳城区段模型试验论证，分别研究了目前常用的两种悬移相似条件对河床冲淤变形的影响，试验结果表明：应以同时考虑紊动扩散及水流纵向流动对悬移质运动影响的沉速比尺，作为泥沙动床模型悬移相似条件，即只有依此确定模型悬移质泥沙粗度时，才能使河床冲淤变形与原型相似。     

基于双向流固耦合的柔性表面覆盖层减阻性能

采用双向流固耦合的方法对一块具有柔性表面覆盖层的复合材料平板及其表面的湍流进行了数值模拟.其中,湍流采用RNGk-ε模型进行模拟.根据计算结果,从宏观总体上分析了柔性材料的柔性及厚度对减阻效果的影响,从微观局部上探讨了柔性表面覆盖层的局部减阻规律.结果表明:柔性表面覆盖层有一定的减阻效果,而且在数值模拟的范围内减阻效果随着材料柔性的增大而增大,随着柔性表面覆盖层厚度的增加而增加;考虑双向流固耦合的情况下平板受到负的"压阻力",这表明压阻力对减阻效果也有所贡献;另外,柔性复合材料平板中起到减阻作用的主要是中部位移较大段,且局部摩擦阻力减额分布与位移分布之间存在相似的规律.     

粗糙底床对持续入流式异重流掺混和湍流特性的影响

在自然环境和水利工程中,异重流现象广泛存在.现实工况中,大多数底床覆盖砾石及不同粒径大小的泥沙颗粒,可视为粗糙底床,因此研究异重流流过粗糙底床的动力学特性具有实际科学意义及工程应用价值.本文利用持续入流式异重流水槽试验,综合考虑底床粗糙度和异重流初始质量分数,分析异重流头部位置、头部速度、掺混系数等扩散特性,不同断面的...     

基于正交试验法的厢式货车气动减阻优化

为了优化某厢式货车的气动阻力系数,设计了驾驶室前部仿生减阻结构、顶部和侧部涡流发生器、底部涡流发生器等3种气动减阻装置。研究了3种单一气动减阻装置主要相关参数对气动阻力的影响,分别从货车外流场的速度轨迹、压力分布和湍动能分布等3方面详细分析了各单一气动减阻装置的减阻效果。在此基础上采用正交试验法对3种气动减阻装置的主要参数进行优化,获得最优减阻货车模型。研究表明:驾驶室前部突出部分的长度对货车整车气动阻力系数的影响比倾角更大;最优货车头部形状的倾角和长度分别为135°和300 mm,该模型的气动阻力系数为0.721 4,相对于货车原始模型的减阻率为8.93%;涡流发生器的高度和位置对货车的减阻效果均有较大的影响;涡流发生器可以增加货车尾部分离区流场的能量,使得尾涡区减小,气动压差阻力减小;3种气动减阻装置对货车气动阻力系数的影响大小依次为:底部涡流发生器、货车前部仿生减阻结构、顶部和侧部涡流发生器,其最优厢式货车模型的空气阻力系数为0.683 3,其复合减阻装置的最佳减阻率为13.8%。     

基于低表面能效应的疏水表面减阻机理

针对疏水表面功能材料在流动减阻方面的潜在应用,通过水洞实验研究了具有疏水表面航行器模型的阻力特性,获得了其减阻特性曲线,并得到了大于30%的实验室减阻效果.对疏水表面进行了表面能特性分析,认为表面组分中的-C-Si疏水基团引起了疏水表面的低表面能效应,是疏水表面具有减阻作用的直接原因.     

喷动流化床射流穿透深度试验研究

提出射流穿透深度是表征喷动流化床煤气化过程中射流特性的重要参数.在300 mm×30mm×2 000 mm的喷动流化床煤气化炉冷态试验装置上,采用压力信号分析和快速摄像图像分析相结合的方法,系统地考察了喷动气速、喷口直径、物料特性、静止床高和流化气流率对射流穿透深度的影响.结果表明,射流穿透深度随喷动气速、喷口直径的增大而增大,随静止床高、物料密度、物料直径、流化气流率的增大而减小.另外,引入两相弗劳德数(Fr)、颗粒雷诺数(Rep)等无量纲参数,对试验结果进行多元回归分析,建立了喷动流化床射流穿透深度的关联式,该关联式全面考虑了各种影响因素,特别是静止床高和流化气流率的影响.关联式的预测值与本文及国内外其他一些研究者的试验值进行了比较,结果吻合得较好.     

液压卡紧对射流式液动锤性能的影响

运用CFD动态数值模拟方法,计算新一代射流式液动锤试验样机的性能参数,并将其与实测结果进行对比.结果表明:若不考虑液压卡紧引起的摩擦力,射流式液动锤冲击频率、冲击末速度和冲击功计算值分别是实测值的1.853～1.898倍、2.024～2.107倍和4.097～4.439倍;将由液压卡紧效应引起的摩擦力考虑在内,冲击频率、冲击末速度和冲击功计算值分别是实测值的1.218～1.439倍、0.936～1.171倍和0.876～1.371倍,大幅度提高了数值计算结果与实测值之间的吻合程度.这说明液压卡紧引起的轴向摩擦力,大幅度增加了活塞运动阻力,减小了其加速度和速度,进而显著降低了冲击功和冲击频率等性能参数.设法减小甚至消除液压卡紧力的影响可望成为提高射流式液动锤冲击功和能量利用率的新途径.